الکترودهای زمین، هادی های حفاظتی و همبندی هم ولتاژی

الکترودهای زمین، هادی های حفاظتی و همبندی هم ولتاژی

فرمت: Pdf  تعداد صفحات: 20

فهرست:

• مقدمه
• الکترودهای زمین
• پدیده خوردگی
• هادی‌های حفاظتی
  • محاسبات تحلیلی حداقل سطح مقطع هادی حفاظتی
  • لایه‌های فلزی کابل‌ها به عنوان هادی حفاظتی
•  هادی‌های همبندی برای هم ولتاژی
  • در چه جایی باید از هادی‌های همبندی برای هم ولتاژی استفاده کنیم؟
• هادی‌های اتصال زمین و ترمینال اصلی اتصال زمین
•  هادی حفاظتی خنثی (PEN)
• پرسش و پاسخ

 مقدمه

الکترودهای زمین، هادی‌های حفاظتی و هادی‌های همبندی هم ولتاژی، هم از نوع اصلی (MEB) و هم از نوع تکمیلی (SB)، مولفه‌های اصلی آرایش اتصال زمین می‌باشند. خرابی هر کدام از این اجزاء می‌تواند ایمنی الکتریکی تاسیسات و همچنین عملکرد آن را به خطر بیندازد. در حقیقت، ممکن است آرایش اتصال زمین هم به دلایل عملیاتی (مثلاً اتصال به زمین سیستم) و هم به دلایل ایمنی (به عنوان مثال اتصال به زمین ECPها در سیستم‌های TT، همبندی ECPها در سیستم‌های TN) مورد استفاده قرار گیرد. شکل 1. به طور خلاصه نقش اجزاء فوق الذکر را در آرایش اتصال زمین نشان می‌دهد.

شکل 1: اجزاء آرایش اتصال زمین

2. الکترودهای زمین

الکترودهای زمین باید در درجه اول به لحاظ ایمنی، اتصالی زمین مطمئنی ارائه نمایند. ولی برای عملکرد صحیح تجهیزات هم لازم می‌باشند. الکترودها باید بتوانند جریان خطاهای زمین را منتقل کنند و بدون ایجاد خطراتی که ناشی از اثرات حرارتی و یا شوک الکتریکی است، آن جریان‌ها را در زمین پخش کنند. کارآیی سیستم اتصال زمین به مقاومت زمین R_G بستگی دارد که بر حسب مقاومت ویژه خاک محل، متغیر می‌باشد. زمانی که مشخصات خاک و حداقل مقادیر مجاز برای ایمنی R_G مشخص گردید، یک یا چند الکترود زمین، حتی با مشخصات متفاوت، می‌بایست مورد استفاده قرار گیرد.

مقادیر تقریبی مقاومت زمین در 50/60Hz الکترودهای ساخته شده نمونه، ممکن است با استفاده از فرمول‌هایی که در جدول 1 آمده است، محاسبه شود.

جدول 1: فرمول‌های تقریبی برای مقاومت زمین الکترودهای نمونه ساخته شده

L طول الکترودی است که در تماس با خاک است، ρ متوسط مقاومت ویژه خاک و r شعاع دایره حول شبکه می‌باشد (شکل 2).

در بسیاری از کشورها، تحت هیچ شرایطی استفاده از لوله‌های آب سرد به عنوان الکترودهای زمین مجاز نمی‌باشد (کشورهایی مانند اتریش، بلژیک، فنلاند، فرانسه، آلمان، سوئیس و انگلستان). در حقیقت مصرف کنندگان هیچ کنترلی روی سیستم آب سرد ندارند و نمی‌توانند بر روی اتصال الکتریکی آن به زمین اطمینان کنند. با این وجود، فقط با موافقت صریح سازمان آب که تضمین کننده پایداری موضوع مذکور است، لوله‌های آب ممکن است به عنوان الکترود زمین استفاده گردند (مثلاً در ایتالیا).

در مورد لوله‌های فلزی مربوط به سیالات قابل اشتعال یا گازها یک ممنوعیت مشابه دیگر وجود دارد. با این وجود، قانون بالا که مربوط به الکترودهای زمین است، مانع از همبندی حفاظتی سازه‌های فلزی وارد شونده به ساختمان نمی‌شود. به عنوان مثال، متصل کردن لوله‌های پایین دست کنتور آب و گاز. همانطور که می‌دانیم، این اتصالات برای تضمین یک ناحیه هم ولتاژ ایمن در ملک مصرف کننده ضروری است و نمی‌تواند حذف گردد.

1.2 پدیده خوردگی

الکترودهای زمین باید حداقل سایز لازم را داشته باشند تا استحکام مکانیکی کافی برای مقاومت در برابر خوردگی داشته باشند.

خوردگی یک فرآیند الکتروشیمیایی است که طی آن دو فلز متفاوت زمانی که در الکترولیت‌هایی مانند زمین، بتن، آب دریا و غیره تعبیه می‌شوند، از نظر الکتریکی به هم متصل می‌گردند. این دو فلز، به ترتیب نقش کاتد و آند یک پیل الکتروشیمیایی را عهده‌دار می‌شوند. زمانی که جریان از آند خارج می‌شود تا از طریق الکترولیت به سمت کاتد حرکت کند، به خاطر مصرف آند خوردگی و فرسودگی رخ می‌دهد. این پدیده زمانی که نسبت سطح کاتد به سطح آند بزرگتر باشد، مشخص‌تر می‌گردد. یک قانون کلی این است که فقط زمانی انتظار یک خوردگی محسوس را داشته باشیم که سطح کاتد 100 برابر از سطح آند بزرگتر باشد.

شکل 2: شعاع دایره‌ای که شبکه را محصور کرده است.

جدول 2: حداقل اندازه الکترودهای رایج فولادی

در این زمینه، حداقل اندازه‌های رایج برای الکترودهای زمین که مطابق با استاندارد IEC 60364-5-54 است، در جدول 2.11 و 3.11 گزارش گردیده است. این دو جدول به ما این امکان را می‌دهد که بین مواد پرکاربرد، یعنی فولاد و مس از لحاظ قابلیت مقاومت‌شان در برابر خوردگی و استحکام مکانیکی آنها به عنوان تابعی از نوع و ابعادشان مقایسه‌ای انجام دهیم. قبلاً در مورد احتمال استفاده از آرماتورهای فولادی پی ساختمان به عنوان یک الکترود صحبت کردیم.

جدول 3: حداقل اندازه الکترودهای رایج مسی

در حقیقت، بتن با جذب و حفظ رطوبت، در اطراف آرماتورهای هادی مقاومت ویژه‌ای کمتر از خاک ایجاد می‌کند. در نتیجه مواد و مصالحی که برای تعبیه در بتن مناسب هستند (مثلاً فولاد ضدزنگ / گالوانیزه گرم) در صورتیکه به عنوان الکترود استفاده شوند، نباید با مواد عایق پوشانده شوند. الکترودی که در بتن جاسازی می‌شود، یک الکترود زمین بسیار موثر را تشکیل می‌دهد و استفاده از آن برای مشترک هیچ هزینه اضافه‌ای ندارد. زمانی که بیش از یک الکترود تعبیه شده در بتن در یک سازه وجود دارد، همبند کردن فقط یکی از آنها به شینه زمین کافی است زیرا تمام شبکه فونداسیون با آرماتورهای فلزی با هم اتصال داخلی دارند.

با این وجود ممکن است بعضی از افراد در مورد اتصال آرماتورهای فولادی پی ساختمان به الکترودهای دیگر که از مواد با پتانسیل الکتروشیمیایی بالاتر ساخته شده‌اند (مثلاً میله‌های مسی) و در سیستم زمین تعبیه گردیده‌اند، نگران باشند. این همبندی که باعث ایجاد یک سیستم الکترود منحصر به فرد می‌شود (این سیستم برای داشتن یک ناحیه هم ولتاژ لازم است)، در حقیقت ممکن است باعث ایجاد قطب مثبت نسبت به میله‌های مسی و در نتیجه خوردگی گردد.

در واقعیت، پتانسیل الکتروشیمیایی فولاد، زمانی که در بتن تعبیه می‌گردد، افزایش می‌یابد و به مقداری نزدیک به پتانسیل مس می‌رسد. بعلاوه سطح میله‌های زمین (یعنی کاتد) نسبت به سطح شبکه آرماتورهای تعبیه شده در پی ساختمان (یعنی آند) بسیار کوچکتر است. بنابراین، فقط خوردگی‌های بسیار اندکی رخ می‌دهد، به خصوص در سیستم‌های برق تجاری و مسکونی که تعداد الکترودهای زمین آن معمولا از نظر تعداد محدود است. با این وجود، برای اینکه به طور کامل خطر خوردگی اجزاء فونداسیون را کاهش دهیم بهتر است که به جای میله‌های مسی لخت، از میله‌های مسی با روکش قلع یا از میله‌های فولادی گالوانیزه و اندود شده استفاده نماییم.

3 هادی‌های حفاظتی

هادی‌های حفاظتی از طریق ایجاد ارتباط بین ECPها و ترمینال اصلی اتصال زمین، ایمنی را در برابر تماس غیرمستقیم تأمین می‌کند و در نتیجه یک مسیر مشخص برای جریان‌های خطا فراهم می‌گردد. با این حال سطح مقطع هادی‌های حفاظتی باید به اندازه کافی بزرگ در نظر گرفته شود تا خطاها بتوانند به سرعت دستگاه حفاظتی را فعال کرده تا منبع تغذیه را به طور خودکار قطع نماید. علاوه بر این، هادی‌های حفاظتی باید بدون اینکه به دماهای خطرناک برسند یا عمرشان کوتاه‌تر شود یا به عایقبندی آنها صدمه‌ای وارد شود، قادر به مقاومت در برابر جریان خطای زمین باشند. حداقل سطح مقطع استاندارد که برای هادی‌های حفاظتی در نظر گرفته می‌شود، در جدول 4 نشان داده شده است که در اینجا هادی حفاظتی از همان جنس هادی فاز خواهد بود.

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ ایمنی سیستم های ولتاژ خیلی پایین

⇐ سیستم اتصال به زمین TT، TN، IT و TN-C-S

⇐ اثرات جریان های الکتریکی عبوری از بدن و الزامات ایمنی